《操作系统引论上》PPT课件.ppt

1、2020/9/12,计算机操作系统,王 霞 信息科学技术学院 TelE-mail: wx_,2020/9/12,2,课程形式,考试：闭卷、笔试,学习要求 按时上课、认真听讲、认真记笔记、整理笔记、阅读参考书、思考、讨论，独立完成作业。,主讲课+习题课,2020/9/12,3,成绩评定,评定比例： 作业 10% 考勤 20% 期末考试 70%,作业，考勤及期末考试综合评定,2020/9/12,4,计算机操作系统 （第三版） 汤小丹等编著 西安电子科技大学出版社,教材,2020/9/12,5,参考教材,1. William Stailing.Operating Syste

2、ms Internals and design Principles. Prentice Hall.1998 2. Abraham Silberschatz，Peter Baer Galvin，Greg Gagne.Operating System ConceptsJohn Wiley (2)顺序性; (3)单道性,2020/9/12,39,多道批处理系统-多道程序设计技术,多道程序设计技术：在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序，它们在管理程序的控制下相互穿插地运行。,特征： 1)多道:主存中同时存放几道相互独立的程序； 2)宏观上并行:几道程序都处于运行过程中，从用户的角度来看，它们在同

3、时推进； 3)微观上串行:任意一个时刻，只能有一个程序占有处理机，从处理机的角度来看，多道程序轮流使用处理机，交替推进。,2020/9/12,40,程序A和B都得到了推进,例题,2020/9/12,41,优点： 资源利用率高：CPU和内存利用率较高； 系统吞吐量大：单位时间内完成的工作总量大；,多道批处理系统,缺点： 平均周转时间长：短作业的周转时间显著增长； 无交互能力：整个作业完成后或中间出错时，才与用户交互，不利于调试和修改；,多道批处理系统的优缺点：,2020/9/12,42,在批处理系统中采用多道程序设计技术，就形成了多道批处理系统。多道程序系统的出现标志着操作系统进入渐趋成熟的阶段

4、。,1.2.2 多道批处理系统,多道批处理系统需要解决的问题: (1)同步与互斥;(2)提高主存的使用效率;(3)主存保护;,2020/9/12,43,1.2.3 分时操作系统,2020/9/12,44,分时技术,把CPU响应时间分成若干个小时间单位（时间片）轮流分配给各个联机用户使用。如果一个用户程序在分配给它的时间片内没有完成，则暂时中断执行，等待下一轮计算。,1.2.3 分时操作系统,2020/9/12,45,分时处理 终端请求,界面1：交互式命令语言(eg. shell, command) 界面2：图形用户界面(GUI),Time Sharing OS,HAL,终端1,终端2,终端n,

5、.,1.2.3 分时操作系统,2020/9/12,46,每个用户都获得了满意的响应速度，感觉系统是为其独享的!,1.2.3 分时操作系统,2020/9/12,47,分时系统的特征,多路性：一个主机与多个终端相连。宏观上：是多个人同时使用一个CPU,微观上：多个人在不同时刻轮流使用CPU 独立性：每个终端用户仿佛拥有一台虚拟机。用户感觉不到计算机为其他人服务，各用户独立操作，互不干扰。 交互性：以对话的方式为用户服务。显著提高调试和修改程序的效率：缩短了周转时间。 及时性：用户的请求能在很短时间内获得响应，通常为1-2秒。通过时间片技术和轮转调度算法保证及时响应。,典型的分时操作系统： Mult

6、ics (MIT) UNIX,2020/9/12,48,含义：对随机发生的外部事件作出及时的响应并对其进行处理，所发生的外部事件并非是由于人来启动和直接干预引起的。 分类：实时过程控制和实时信息处理两种系统。 特征：事件驱动设计，即当接收到某种类型的外部信息时，由系统选择相应的程序去处理。,1.2.4 实时操作系统,2020/9/12,49,1.2.4 实时操作系统-分类,1）实时控制 工业控制，军事控制，医疗控制，.,HAL,Real Time OS,被控对象,A/D,D/A,t1,t2,t2-t1: response time（响应时间） 实时控制示意图,2020/9/12,50,1.2.

7、4 实时操作系统-分类,HAL,Real Time OS,.,终端1,终端2,终端n,通常为远程终端,特点： （1）响应及时（prompt response） （2）可靠性高（high reliability）,2）实时信息处理：航班定票，联机情报检索，.,2020/9/12,51,.实时系统特征,1）快速的响应时间：对外部事件的响应要十分及时迅速。外部事件往往以中断方式通知系统，系统有较强的中断处理能力，实时系统的设计也以“事件驱动”方式来设计。 2）有限的交互能力：实时系统一般是专用系统，它能提供人机交互方式，但用户只能访问系统中某些特定的专用服务程序，不能象分时系统一般向终端用户提供多方

8、面服务。 3）高可靠性和安全性：批处理系统和分时系统虽也要求系统可靠，相比之下，实时系统则要求系统高度可靠。因此实时系统中往都采用双机系统，多级容错措施来保证系统和数据的安全。,2020/9/12,52,三种基本操作系统的比较：,2020/9/12,53,1.2.5 通用操作系统(multi-purpose OS),同时具有：分时、实时、批处理功能。 目标： 提高处理能力; 扩展应用领域。 常见模式: 分时(前台)+批处理(后台) 实时(前台)+批处理(后台),Foreground/Background System,2020/9/12,54,1.2.6 网络操作系统(Network Oper

9、ating System ，NOS）,网络操作系统定义 使网络上各计算机能方便地进行网络通信、有效地共享网络资源，为网络用户提供所需各种服务的软件和有关规程的集合。,NOS3,host3,NOS2,host2,Printer,NOS1,host1,2020/9/12,55,网络操作系统的目标,相互通讯 资源共享（信息，设备） 提供网络服务 数据库服务（database server） FTP服务（ftp server） 电子邮件服务（e-mail server） 远程登录服务（telnet server） 其他服务（etc.）,2020/9/12,56,现代操作系统特点内装网络,现代操作系统已

10、把网络功能包含到操作系统的内核中，作为操作系统核心功能的一个组成部分。 微软公司的Windows NT，AT (2)脱机用户接口;(3)图形用户接口 2）程序接口,1.4 操作系统的功能-提供友好的用户接口,2020/9/12,84,操作系统的结构： 整体式（无）结构 模块化结构 层次式结构 微内核结构,1.5 操作系统的结构设计,2020/9/12,85,1、整体式OS结构,2020/9/12,86,操作系统,模块,子模块,2、模块化OS结构,2020/9/12,87,优点： 提高设计的正确性； 增强可适应性； 加速开发过程,模块化OS结构优缺点,缺点： 难保证模块完全正确； 未区分独占与共

11、享资源。,2020/9/12,88,3、层次式结构,2020/9/12,89,按此模型构造的第一个操作系统是E.W.Dijkstra和他的学生在荷兰开发的THE系统（1968年）,3、层次式结构,THE 系统分为六层： 层次功能 5 操作员 4用户程序 3 输入/输出管理 2 进程通信 1内存和磁盘管理 0 处理器分配和多道程序,2020/9/12,90,构造层次结构OS分层原则,把与机器硬件有关的程序模块放在最底层 反映系统外特性的软件放在最外层 为进程的正常运行创造环境和提供条件的内核程序应该尽可能放在底层. 按照实现操作系统命令时模块间的调用次序来分层,2020/9/12,91,层次结构

12、的优点:,整体问题局部化 正确性有保证 错误不扩张 便于系统维护、扩充,层次结构的缺点:,层次之间单向依赖 模块间需要通信机制 系统开销大、效率低,2020/9/12,92,内核的基本组成： 中断处理 进程调度 同步机制,4、微内核 OS 结构,2020/9/12,93,微内核组成及联系,2020/9/12,94,核心,客户向服务器进程发送 消息，以获得服务,客户服务器模型,2020/9/12,95,工作模式,2020/9/12,96,途径： 1 把传统意义上属于操作系统的代码由低层移向高层，由核心移向用户，要增加新功能仅需加结点 2 消息传送机制 Client/Server,2020/9/1

13、2,97,优点： 易于扩充，易于移植 提高系统的可靠性 提供多种操作环境 适宜于分布计算模式 有助于多处理器系统的实现 支持实时任务,缺点： 消息传递方式增加开销，使响应变慢 几个商品化系统：Windows NT,NextStep XINU,OSF/1 1.3,Workspace OS,Chorus/Mix V.4,Mac G3, QNX,CTOS,2020/9/12,98,应用程序,微内核操作系统,DOS服务器,UNI服务器,VMS服务器,OS/2服务器,基于微内核的开放式系统环境,系统程序接口 （SPI）,应用程序接口 （API）,2020/9/12,99,客户向服务器发送 消息，以获得服

14、务,一个分布式系统中的客户服务器模型,机器1,客户,核心,机器2,文件服务器,核心,机器3,进程服务器,核心,机器4,终端服务器,核心,2020/9/12,100,具有面向对象的特点,封装性 继承性 多态性,2020/9/12,101,微内核的基本功能,微内核所提供的功能，通常都是一些最基本的功能，如进程管理、存储器管理、进程间通信、 低级I/O功能。 进程管理。 存储器管理。 进程通信管理。 I/O设备管理,2020/9/12,102,小 结,操作系统是计算机上必须配置的系统软件，它是计算机的“管家”，负责计算机系统中所有软硬件资源的管理，目标是为了方便用户充分而有效地利用这些资源。 操作系

15、统的发展历史中，多道程序设计技术和分时技术的出现，标志着操作系统的形成。 从资源管理的角度来看，操作系统的五大功能是：处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理和用户接口。 主要的操作系统类型有：批量操作系统、分时操作系统、实时操作系统和个人计算机操作系统。,2020/9/12,103,本章要求,1.了解操作系统的目标，理解操作系统的作用，了解推动操作系统发展的主要动力 2.了解无操作系统的计算机系统和单道批处理系统。理解多道批处理系统、分时系统和实时系统的特征和优缺点。 3.理解操作系统的并发、共享、虚拟和异步性。 4.理解处理机管理功能、存储器管理功能、设备管理功能和文件管理功能。了解用户

16、接口。 5.了解操作系统的结构设计方法。,2020/9/12,104,本章基础要点,现代操作系统的两个最基本的特征是：,操作系统的三个基本类型是：,批处理操作系统的主要缺点是：,并发和共享。,批处理操作系统、分时操作系统和实时操作系统。,缺少交互性。,2020/9/12,105,本章基础要点,允许多个用户以交互方式使用计算机的操作系统称为：,实时操作系统。,分时操作系统。,允许多个用户将多个作业提交给计算机集中处理的操作系统称为：,多道批处理操作系统。,计算机系统能及时处理过程、控制数据并做出响应的操作系统称为：,2020/9/12,106,本章基础要点,操作系统是计算机系统中的一个系统软件，

17、它管理和控制计算机系统中的资源。 从用户的观点出发，操作系统是用户与计算机之间的接口。,并发性、共享性、虚拟性、异步性。,实时系统应具有两个基本特征：,及时性和高可靠性。,操作系统的特征是：,2020/9/12,107,本章基础要点,实时操作系统必须在规定的时间内处理完来自外部的事件。 多道程序设计技术是指将一个以上的作业放入主存，并且同时处于运行状态，这些作业共享处理机和外围设备等资源。,操作系统的五大管理功能是：,处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理、作业管理。,2020/9/12,108,复习思考题,一 选择题 操作系统负责为用户和用户程序完成所有的工作； A.硬件无关和应用有直接

18、关系 B.硬件无关和应用无直接关系 C.硬件有关和应用无直接关系 D.硬件有关和应用有直接关系 从用户的观点看，操作系统是。 A.用户与计算机之间的接口 B.合理地组织计算机工作流程的软件 C.控制和管理计算机资源的软件 D.由若干层次的程序按一定的结构组成的 下列选择中，不是操作系统关心的主要问题。 A.管理计算机裸机 B.设计、提供用户程序与计算机硬件系统的界面 C.管理计算机系统资源 D.高级程序设计语言的编译器,2020/9/12,109,配置了操作系统的计算机是一台比原来的物理计算机功能更强的计算机，这样的一台计算机只是一台逻辑上的计算机，称为计算机。 A.并行 B.真实 C.虚拟

19、D.共享 操作系统中采用多道程序设计技术提高了CPU和外部设备的。 A.利用率 B.可靠性 C.稳定性 D.兼容性 几年前一位芬兰大学生在Internet上公开发布了以下一种免费操作系统，经过许多人的努力，该操作系统正不断完善，并被推广。 A.Windows XP B.Linux C.UNIX D.OS2 允许多个用户以交互方式使用计算机的操作系统称为；允许多个用户将多个作业提交给计算机集中处理的操作系统称为；计算机系统能及时处理过程控制数据并做出响应的操作系统称为；具有网络功能的操作系统称为。 A.批处理操作系统 B.分时操作系统 C.多处理机操作系统 D.实时操作系统 E.网络操作系统,复习思考题,2020/9/12,110,为方便用户，操作系统负责管理和控制计算机系统的。 A、软件资源 B、硬件和软件资源 C、用户有用资源 D、硬件资源 下面关于操作系统的叙述中正确的是。 A.批处理作业必须具有作业控制信息。 B.分时系统不一定都具有人机交互功能。 C.从响应时间的角度看，实时系统与分时系统差不多。 D.由于采用了分时技术，用户可以独占计算机的资源。 10.导弹控制系统应选择安装实时操作系统；学校图书馆计算机管理应选择安装；计算机语言学习系统应选择安装；工业过程控制系统应选择安装。 A.批处理操作系统 B.分时操作系统 C.实时操作系统 D.网络操作系统 E